Question

10．甲醇是一种低碳能源，在全球能源危机和环境污染的背景下具有良好的发展前景．在催化剂作用下可用H₂和CO合成甲醇，反应的化学方程式为2H₂（g）+CO（g） $\stackrel{催化剂}{?}$CH₃OH（g），三种物质的物质的量浓度随时间变化的关系如图1所示．试回答下列问题：
（1）代表H₂浓度变化的曲线为a（填“a”“b”或“c”）．
（2）提出一条可以加快反应速率的措施：加压或者升温．
（3）0-4 min内，CH₃OH的平均反应速率为：0.15mol/（L•min）．
（4）我国某高校化学研究所在甲醇燃料电池技术方面获得新突破，组装出了自呼吸电池及主动式电堆．甲醇燃料电池的工作原理如图2所示．
①该电池工作时，c口通入的物质为O₂．
②该电极正极上的电极反应式为O₂+4e-+4H⁺=2H₂O．
③该电池工作一段时间后，当6.4g甲醇完全反应生成CO₂时，消耗的氧气的体积为6.72L（标准状况下）

Answer 1

分析 （1）根据2H₂（g）+CO（g）$\stackrel{催化剂}{?}$CH₃OH反应，H₂浓度变化在减小并且是CO的2倍判断；
（2）可以加快反应速率的措施为加压或者升温等；
（3）根据CH₃OH的平均反应速率=$\frac{△c}{△t}$计算；
（4）在甲醇燃料电池中，燃料甲醇作负极，发生失电子的氧化反应，氧气作正极，发生得电子的还原反应，根据电极反应以及电子守恒来计算消耗的氧气的体积．

解答 解：（1）由2H₂（g）+CO（g）$\stackrel{催化剂}{?}$CH₃OH反应，H₂浓度变化在减小并且是CO的2倍，所以代表H₂浓度变化的曲线为a，故答案为：a；
（2）可以加快反应速率的措施为加压或者升温，故答案为：加压或者升温；
（3）根据图象CH₃OH为生成物，即代表CH₃OH浓度变化的曲线为b，则0-4 min内，CH₃OH的平均反应速率=$\frac{△c}{△t}$=$\frac{0.6mol/L}{4min}$=0.15mol/（L•min），故答案为：0.15mol/（L•min）；
（4）①在甲醇燃料电池中，燃料甲醇作负极，氧气作正极，电解质中的阳离子移向正极，所以c口通入的物质为氧气，故答案为：O₂；
②正极上为氧气得电子发生还原反应，电极反应式为O₂+4e-+4H⁺=2H₂O，故答案为：O₂+4e-+4H⁺=2H₂O；
③当6.4g即0.2mol甲醇完全反应生成CO₂时，根据总反应：2CH₃OH+3O₂=2CO₂+4H₂O，消耗氧气0.3mol，即标准状况下体积为0.3×22.4=6.72L，故答案为：6.72．

点评 本题是一道关于化学平衡图象的分析与反应速率的计算以及燃料电池的工作原理知识的考题，要求学生具有分析和解决问题的能力，难度不大．